浅析热水流量表在供水领域的应用及如何组建运程监控系统

科学技术的发展为人类的测量技术的进步带来极大的推动，热水流量表就是其中较为典型的例子，热水流量表利用电磁感应原理测量流量是法拉第电磁感应定律的应用，是众多流量测量方法中最普遍的方法之一，能够测量多种形状流道内导电液体的流速和流量。
热水流量表最早的应用是在1832年，我们初中物理都学过，电磁感应定律是1831年英国物理学家法拉第发现的，而人类首次利用电磁感应原理来测量流量也是由法拉第进行的。当年他在泰晤士河滑铁卢桥的两岸，选择与水流方向垂直的地磁场方向的地方，放下两个金属棒当作电极来测量河水的流速，这是人类文明和科技的一大创举。在现代的工业测量领域，热水流量表的使用已经十分的普遍，各种新材料与新技术与热水流量表的结合也日益紧密，但是热水流量表有其优点也有其缺点，我们在选用其产品时，要熟悉其工作原理和测量优势，将其功能和作用发挥至最大，本文着重介绍自来水公司热水流量表的选用管理情况,并将介绍热水流量表的远传监测管理方法，对流量计使用过程中存在的问题，提出自己的看法和建议。
1、流量计的选型
流量计计量的准确性，对企业的成本核算、能耗等重要指标的计算会产生较大影响，故选择运行稳定、质量保证、计量准确的流量计极其重要。随着科学技术的发展，流量计品种越来越多，性能各异，技术参数及使用条件也各不相同，所以选型时应先了解流量计的性能特点并结合本单位的使用工况。

1、叶轮式流量计：叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流动流体的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。叶轮式流量计主要有水表和涡轮流量计，输出方式有机械传动或电脉冲两种。机械式传动输出的水表准确度较低，误差约±2％；电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差为±0．2％--0．5％。
2、热水流量表：热水流量表是根据法拉第电磁感应定律，即导电液体在磁场中切割磁力线运动时，导体中产生感应电动势，而感应电动势又和磁感应强度、流量大小成正比，通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的。主要有管道式和插入式两种。管道式精度等级为±1.5%--±2.5%，高精度的达到±0.5%--±1.0%；插入式的精度为±1.5%--±2.5%。由于插入式结构上的缺陷和安装时的误差就会影响计量精度，所以选用管道式更好些。
3、超声波流量计：超声波流量计是以超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的。分多普勒超声波流量计和时差式超声波流量计，目前多采用了时差式超声波流量计。根据使用场合不同，又可以分为固定式超声流量计和便携式超声流量计。固定式超声流量计又分为外夹式、插入式、管段式三种。固定式超声波流量计因某些管道材质疏松、壁厚不一、导声不良或锈蚀严重，衬里和管壁有间隙等原因、造成超声波信号衰减严重。
1.2 流量计选型的基本要求：
1、流量计精度要高、运行要稳定。
2、过水压力损失小。
3、如果用户用水量变化较大或用水分布很不均衡，则要求流量计量程比要大些。
4、灵敏度要高，满足低流速计量的准确。
5、流量计对现场工况不要太敏感。
6、根据需要选择可以正反方向测流量。
7、运行可靠、经久耐用、维护方便。
几种可以进行比较的流量计的性能特点，见表1。
根据以上几种流量计特点、流量计选型的基本要求和国内外选用流量计的趋势，选用智能化、无压损的热水流量表、超声波流量计较合理。而从成熟的电路技术、测量的稳定性、灵敏性和精确度、技术特点、安装维护要求、安装点使用工况、易于远程监控等方面比较，选择热水流量表比超声波流量计更适合。事实上，公司计量科多年来坚持定期对在线热水流量表进行现场比对检测，相对误差都满足要求。
2、热水流量表的远程监控管理
2.1远程监控系统的组成
热水流量表远程监控因为使用现场地点与北海自来水公司调度中心管理系统传输方式的不同而不同。其中禾塘、龙潭水厂热水流量表输出数据经总线输入禾塘、龙潭水厂调度主机，通过adsl vpn或无线专网将数据传输到公司调度中心系统；合浦工业园热水流量表远程监控是由现场远传终端设备通过gprs将数据传输到公司调度中心系统。
2.2热水流量表现场远程监控终端系统（以合浦工业园热水流量表现场远传终端为例）
合浦工业园热水流量表现场远传终端设备由以下几部份组成：
1．热水流量表：包括传ifs4000f传感器和ifc300w信号转换器。
2．plc：选用西门子s7-200/224，含ai模块及数据采集处理软件等。
3．dtu设备：主动拨上gprs网络，透明传输协议。
4．直流稳压电源：普通开关电源，为plc、dtu和一次仪表提供24v直流电源。
5．不间断电源：为热水流量表交流用电停电、断电时提供电源。
6．天馈系统：dtu配套普通软质手机天线，可直接安装在控制箱顶。
7．机箱。
8．电源避雷器：选用进口避雷器，具备自修复功能。
基本的工作原理：热水流量表输出数据传输到现场终端plc，在dtu上主动拨上gprs网络，与数据中心(dsc)实现tcp/ip协议进行双向通信，由dtu软件和用户设备通过rs-232/485实现透明可靠的数据传输，将数据传输到北海自来水公司调度中心管理系统实行远程实时监控。
合浦工业园热水流量表远程监控系统图如下图：
3、热水流量表的远程监控效果
北海自来水公司自从08年起对5个热水流量表进行远程实时监控，有效地对公司供水情况和管网情况进行实时了解，及时发现现场计量设备和运行情况，运行四年多来，效果令人满意，达到了远程监控的预期效果。
3.1 对供水、用水情况进行实时监控
通过对电磁流量读报实时监控，能及时了解生产水的供水规律和合浦工业园的用水规律，对供水和用水情况进行分析、统计，可进一步了解整个管网运行情况，科学地进行供水调度。从图3中可以查询各测压点水压、各流量计的实时数据如瞬时流量、累计流量等。
3.2提供异常水量水费的结算依据
根据热水流量表运行数据和远程监控数据，利用系统可以对供水和用水的历史数据进行多时段、多参数查询，从中可以计算某时段的水量，较准确处理异常用水计量纠纷。
3.3计量故障的及时报警
停电、断电或没有传输数据时会产生报警显示等，通过报警能及时采取措施，减少损失，降低漏失率，提高水司的效益。
4、热水流量表远程监控管理中存在问题
4.1 现场远传终端电源供电问题
由于合浦工业园结算热水流量表使用的电源从园区中的中粮公司接线，用电权限一直处于被动，曾经出现多次人为或意外的断电现象，随后安装了不间断电源，短期的断电（约6小时）可由不间断电源向热水流量表供电，并由终端设备向公司调度中心发出断电报告，但长时间的停电还是会产生不计量水量的，将造成供水企业与用水户之间的水量核算纠纷。经过多方协调，现在人为断电情况已很少发生。
4.2 热水流量表准确性
公司出厂水流量计使用多年来比较满意.但作为贸易结算的合浦工业园dn600热水流量表选择口径时有点不匹配,因为合浦工业园目前只有中粮集团这个用水大户,其它用户用水较少。在2007年11月至2009年5月，每天用水分布很不均衡,瞬时流量在26-800m3/h以内波动。在170-300m3/h流量的低流速时用便携式超声波流量计比对检测相对误差为2.8%，在300-600m3/h流量的流速时比对检测相对误差为1.6%.所以低流速时相对误差偏大。随着合浦工业园用户和水量的增加，热水流量表准确性是能够保证的。
4.3 防雷问题
突出问题是合浦工业园热水流量表计量房选址空旷，故在2008年4月份信号转换器受到雷击,更换信号转换器后加强了双重防雷措施，经过调试热水流量表计量准确，数据传输很正常。但北海是南方沿海城市，是台风、雷击重灾区，加上雷电强度的不可预知，防汛防雷工作要常抓不懈。
4.4 防鼠问题
南方沿海城市鼠害是很严重的，所以要加强计量井内电缆和计量间内信号电缆的防鼠工作，避免老鼠咬断电缆引起不计量或数据信号的传输。
4.5 流量计的周期检定
由于热水流量表不能拆出检定，所以周检比较麻烦，只能作现场检定，费用较高。合浦工业园热水流量表从正常使用至今，在08年12月、09年10月分别请广西计量检测研究院进行了两次现场检定，相对误差均满足计量精度要求，拥有合格检定证书。
4.6 长期可靠的维护费用
例如合浦工业园热水流量表现场远传终端采用了流量计、远传设备、交流供电、不间断电源供电和gprs的方式由公司调度中心调度系统进行实时远程监控，需要电源供电、通信费用、设备维护费、车辆交通和人员的维护费等，要搞好这些管理工作，才能保证更好地实施热水流量表远传监控管理，以较低的投入使公司获得较大的可持续的经济效益。
5、结束语
热水流量表实行远传实时监测系统的应用是供水计量信息管理的重要组成部分，计算机技术和通信技术的高速发展，为供水企业解决了用水大户用水计量管理中的不足，随着公司今后的发展，会使用更多的大口径流量计，对占据供水企业重要地位的大口径流量计实施远程实时监控，这将为供水管理部门分析供水、用水规律提供依据，采取有效措施降低供水损失率，提高水费回收率发挥更大的作用。